Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Естественнонаучные основы физической культуры (Биология). Курс лекций
.pdf
МИНИСТЕРСТВО СПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ И СПОРТА
ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНЫЕ ОСНОВЫ
ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ
(БИОЛОГИЯ)
Курс лекций
Омск 2016
Рецензенты:
к.б.н., доцент кафедры теории и методики адаптивной
физической культуры СибГУФК И. Г. Таламова
к.б.н., доцент кафедры адаптивной физической культуры ОмГУ
Н. В. Лунина
Естественнонаучные основы физической культуры (Биология):
курс лекций /Н. В. Губарева, Т. А. Линдт, Л. Г. Баймакова,. - Омск :
Изд-во СибГУФК, 2016. - 108 с.
Пособие содержит материал лекций по дисциплине «Естествен
нонаучные основы физической культуры (биология)». Подробно из
ложены разделы: общие свойства живого, организм как уровень су
ществования живого, происхождение и эволюция неживой и живой
материи во Вселенной.
Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по
направлению 49.03.01 «Физическая культура», 49.03.02 Адаптивная
физическая культура.
Составители:
к.п.н., доцент Н. В. Губарева, ст. преподаватель Т. А. Линдт,
к.б.н., доцент Л. Г. Баймакова
Печатается по решению
редакционно-издательского совета СибГУФК
© ФГБОУ ВО СибГУФК, 2016
2
Содержание
Раздел 1. Общие свойства живого 4
Тема 1. Основные закономерности существования живого 4
Тема 2. Структурно-функциональная организация клетки
как единицы живого 10
Раздел 2. Организм как уровень существования живого 31
Тема 3. Размножение и развитие организмов в природе 31
Тема 4. Молекулярные основы наследственности. Основные
понятия генетики 53
Тема 5. Основные закономерности наследования. Введение
в генетику человека 64
Раздел 3. Происхождение и эволюция неживой и живой
материи во Вселенной 84
Тема 6. Введение в теорию эволюции. Человек как качествен
ный этап макроэволюции 84
Рекомендованная и использованная литература 107
Электронные ресурсы 108
3
Раздел 1. Общие свойства живого
Тема 1. Основные закономерности существования живого
План:
1. Предмет, задачи и методы биологии. Место биологии в систе
ме наук.
2. Понятие живой системы. Уровни организации живого и общие
свойства живого.
3. Место человека в системе органического мира.
Предмет, задачи и методы биологии.
Место биологии в системе наук
Термин «биология» образуется из двух греческих слов (bios -
жизнь и logos - учение). Термин был введен в 1802 году двумя есте
ствоиспытателями - Ж. Б. Ламарком и Г. Р. Тревиранусом, независи
мо друг от друга. Биология изучает общие закономерности, характер
ные для всего живого и раскрывающие сущность жизни, ее формы и
развитие.
Жан Батист де Ламарк Готфрид Рейнхольд Тревиранус
1744-1829 1779-1864
Биология - комплексная наука. Разделы науки биологии класси
фицируются по следующим направлениям:
1) изучение систематических групп (по объектам исследования).
Например, зоология, ботаника, вирусология.
4
В пределах этих наук имеются узкие направления (или дисцип
лины). Например, в зоологии выделяют протозоологию, гельминтоло
гию, энтомологию и др.;
2) изучение разных уровней организации живого: молекулярная
биология, гистология и др.;
3) свойства и проявления жизни отдельных организмов. Напри
мер, физиология, генетика, экология;
4) связи с другими науками (в результате интеграции наук). Это
биохимия, биофизика, биотехнология, радиобиология и др.
Методы изучения биологии
Основными методами, которые используются в биологических
науках, являются:
1) наблюдение и описание - самый старый (традиционный) метод
биологии. Этот метод широко используется и в наше время (в зооло
гии, ботанике, цитологии, экологии и др.);
2) сравнение, т. е. сравнительный метод, дает возможность найти
сходства и различия, общие закономерности в строении организмов;
3) опыт или эксперимент. Например, опыты Г. Менделя или ра
боты И. П. Павлова в физиологии;
4) моделирование - создание определенной модели или процес
сов и их изучения. Например, моделирование условий и процессов
(недоступных наблюдению) происхождения жизни;
5) исторический метод - изучение закономерности появления и
развития организмов
Основные свойства живого
Живые существа отличаются от неживых тел целым рядом
свойств. Принято выделять три основных закономерности, характери
зующих жизнь: самообновление, самовоспроизводство, саморегуля
ция. В основе самообновления лежат потоки вещества и энергии; в
основе самовоспроизводства - преемственность сменяющих друг
друга генераций биосистем; саморегуляция базируется на потоках
вещества, энергии и информации.
К основным свойствам живого относятся:
Специфическая организация. Живые организмы обладают необ
ходимыми структурами, обеспечивающими их жизнедеятельность.
5
Специфическая организация живых существ проявляется и в
особенности химического состава. Из химических элементов большая
доля приходится на кислород, углерод, водород, азот. В сумме они
составляют более 98% химического состава. Эти элементы образуют
в живых организмах сложные органические соединения - белки, жи
ры, нуклеиновые кислоты, углеводы, которые не встречаются в нежи
вой природе.
Обмен веществ и энергии. Организмы постоянно совершают об
мен веществ и энергии (метаболизм) с окружающей средой - это обя
зательное условие существования.
Обмен веществ и энергии слагается из 2-х процессов:
а) синтеза, или ассимиляции, или пластического обмена (образо
вание более сложных веществ из простых с поглощением энергии).
б) распада или диссимиляции, или энергетического обмена (рас
пад сложных веществ до более простых с выделением энергии)
Гомеостаз - поддержание постоянства внутренней среды.
В живых существах протекают сложные саморегулирующиеся
процессы, которые идут в строго определенном порядке и направлены
на поддержание постоянства внутренней среды (например, на посто
янство химического состава). При этом организм находится в состоя
нии динамического равновесия (т. е. подвижного равновесия), что
важно при существовании в меняющихся условиях среды.
Размножение. Размножение - свойство организмов воспроизво
дить себе подобных. Каждое живое существо имеет ограниченный
6
срок жизни, но оставляя после себя потомство, обеспечивает непре
рывность и приемственность жизни.
Способность к развитию - изменение объектов живой природы.
Индивидуальное развитие (онтогенез) - развитие особи в большинст
ве случаев начинается от зиготы (оплодотворенной яйцеклетки) или
от деления материнской клетки до конца жизни. В ходе онтогенеза
происходит рост, дифференцировка клеток, тканей, органов, взаимо
действие отдельных частей. Продолжительность жизни особей огра
ничивается процессами старения, приводящими к смерти.
Филогенез - историческое развитие мира живых организмов.
Филогенез - это необратимое и направленное развитие живой приро
ды, которое сопровождается образованием новых видов и прогрес
сивным усложнением жизни. Результатом исторического развития
является разнообразие живых существ.
Раздражимость. Раздражимость - способность организма отве
чать на воздействия определенными реакциями. Формой проявления
раздражимости является движение.
У растений - тропизм (например, изменение положения листьев в
пространстве из-за освещенности - фототропизм). У одноклеточных
животных - таксисы. Реакции многоклеточных на раздражение осу
ществляются с помощью нервной системы и называются рефлексами.
Наследственность. Наследственность - свойство организмов пе
редавать из поколения в поколение характерные признаки вида с по
мощью носителей наследственной информации, молекул ДНК и РНК.
Изменчивость. Изменчивость - это свойство организмов приоб
ретать новые признаки. Изменчивость создает разнообразный матери
ал для естественного отбора.
На основании свойств живого ученые пытаются дать определение
понятию «жизнь». Современному состоянию развития биологии луч
ше всего соответствует определение жизни, данное ученым - биофи
зиком М. В. Волькенштейном: «Живые тела представляют собой от
крытые саморегулирующиеся, самовоспроизводящиеся системы, по
строенные из полимеров - белков и нуклеиновых кислот и поддержи
вающие свое существование в результате обмена веществ и энергии с
окружающей средой».
7
В это определение входят признаки живого. Каждая клетка и ор
ганизм в целом являются системой, т. е. представляют собой сово
купность взаимодействующих, упорядоченных структур (органоидов,
клеток тканей, органов). Живые существа - это открытые системы,
которые находятся в состоянии динамического равновесия с внешней
средой. Живые существа осуществляют непрерывный обмен веществ
и энергии с окружающей средой (поглощение и выделение, ассими
ляция и диссимиляция).
Уровни организации живых существ
Жизнь на Земле представляет собой целостную систему, состоя
щую из различных структурных уровней организации биологических
существ. Выделяют несколько основных уровней организации (разде
ление имеет условный характер).
Молекулярно-генетический. Биология начинается с молекулярно
го уровня, т. к. атомный уровень не несет следов биологической спе
цифичности. Этот уровень исследует молекулы ДНК, РНК, белки, ге
ны и их роль в хранении и передаче генетической информации, в об
мене веществ и превращении энергии. Биология изучает законы, ха
рактерные для этого уровня.
Клеточный. Структурной, функциональной и генетической еди
ницей живых существ является клетка. Вирусы, будучи неклеточной
формой организации живого, проявляют свои свойства как живые ор
ганизмы, только внедрившись в клетки.
На клеточном уровне изучают строение клеток и клеточных ком
понентов, самовоспроизведение, реализацию наследственной инфор
мации, обмен веществ и энергии, происходящих на уровне клетки.
Организменный. Структурной единицей на этом уровне служит ор
ганизм, особь. Организм - самостоятельно существующая в среде сис
тема. На этом уровне протекают процессы онтогенеза. В ходе онтогене
за реализуется наследственная информация в определенных условиях
внешней среды, т. е. формируется фенотип организма данного биологи
ческого вида.
Популяционно-видовой. Элементарной единицей вида является
популяция. На этом уровне изучается обмен генетической информа
ции при скрещивании, изменения генетического состава популяций,
8
факторы, влияющие на динамику генетического состава популяций,
проблемы сохранения исчезающего вида.
Биогеоценотический. На этом уровне уже учитывается почти все:
пищевое взаимодействие организмов между собой — пищевые цепи и
сети; меж- и внутривидовое взаимодействие организмов — конкурен
ция и размножение; влияние окружающей среды на организмы и, со
ответственно, влияние организмов на среду их обитания.
Биосферный. Структурной единицей этого уровня являются эко
системы, под которыми понимаются участки земной поверхности с
определенными природно-климатическими условиями и связанные с
ними сообщества микроорганизмов, животных и растений, которые
образуют неразделимый взаимообусловленный комплекс. Этот уро
вень изучает круговорот веществ и поток энергии, которые связаны с
жизнедеятельностью всех живых организмов. Экосистемы составля
ют биосферу - область распространения жизни на Земле. Выделяют
социальный уровень, характерный для человека.
Все уровни организации тесно объединены между собой, что
свидетельствует о целостности живой природы. Без биологических
процессов, которые осуществляются на этих уровнях, невозможно
существование жизни на Земле.
Человек и все человечество - составляющая часть биосферы.
Здоровье человека зависит от состояния биосферы, от умения приспо
сабливаться к меняющимся условиям среды. Если эта способность
проявляется недостаточно, то могут возникнуть нарушения, которые
затрагивают различные уровни жизни (клеточный, организменный).
Контрольные вопросы
1. Назовите предмет изучения биологии.
2. Биологические методы изучения живой природы.
3. Перечислите основные задачи биологии на современном этапе
развития.
4. Становление биологии как науки.
5. Назовите основные свойства живых объектов.
6. Перечислите и охарактеризуйте уровни организации живого.
9
Тема 2. Структурно-функциональная организация клетки
как единицы живого
План:
1. Клеточная теория: история становления, современное со
стояние.
2. Структурно-функциональная организация клетки.
Клеточная теория: история становления, современное
состояние.
Клетка - элементарная биосистема, способная к самообновле
нию, самовоспроизведению и развитию. Современные миры живот
ных и растений чрезвычайно многообразны, но в основе их строения
лежат животные и растительные клетки. В процессе эволюции орга
нического мира клетки развивались от прокариотов к эукариотам и
изначально существовали одноклеточные формы. У многоклеточных
клетки образуют ткани, входящие в состав органов. Жизнедеятель
ность клеток в многоклеточном организме координируется нервной
системой, гуморальными факторами. Гуморальные факторы - жидко
сти, циркулирующие в организме.
Клеточное учение возникло и развивалось с появлением микро
скопической техники. В 1665 году английский физик Р. Гук, рассмат
ривая под микроскопом срез пробки, обнаружил, что она состоит из
ячеек, напоминающих соты. Он назвал их клетками. Во второй поло
вине 17 века микроскописты итальянец М. Мальпиги и англичанин Н.
Грю подтвердили ячеистое строение растений. Голландец А. Левен
гук впервые обнаружил в воде микроорганизмы. В этот период иссле
дователи основное внимание уделяли изучению клеточной оболочки.
Только во втором десятилетии 19 века чешский ученый Я. Пуркинье
обратил внимание на внутриклеточное содержимое и назвал его про
топлазмой. В итоге, к тридцатым годам 19 века в науке существовало
представление о клетке, как об элементарной микроскопической
структуре растений.
В 1831 году английский ботаник Б. Броун обнаружил ядро. В это
же время немецкий ботаник М. Шлейден первый сделал заключение,
что любая растительная клетка содержит ядро. В 1839 году немецкий
зоолог Т. Шванн опубликовал труд «Микроскопические исследования»
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]